|
26.08.2021 Термоядерний реактор допоможе створити теплові екрани для майбутніх місій на Венеру і Юпітер | |
Космічні кораблі давно використовують теплові екрани для захисту при вході в атмосфери планет. Для майбутніх місій до зовнішньої частини Сонячної системи будуть потрібні більш складні матеріали, ніж ті, які існують в даний час. Однак умови екстремальної спеки і швидкості частинок, з якими стикаються ці екрани, дуже важко змоделювати на Землі. Вчені, що працюють в Національному термоядерному центрі DIII-D в General Atomics (GA), розробили інноваційний експеримент, в якому для випробування матеріалів теплозахисного екрану використовуються умови всередині термоядерного реактора.  Під час високошвидкісних входів в атмосферу, які потрібні при польотах до газових гігантів Сонячної системи, атмосферний газ, навколишній космічний корабель, перетворюється в плазму, а температура підвищується до більш ніж 10 000 ° F. Щоб захистити наукову корисне навантаження, матеріал теплозахисного екрану горить (або віддаляється) контрольованим чином, що відводить надлишкове тепло від ядра космічного корабля. Попередні підходи до випробувань теплозахисного екрану з використанням лазерів, плазмових струменів і надшвидкісних снарядів страждали від проблеми, що полягає в тому, що жоден метод не міг імітувати точні умови нагріву, присутні під час високошвидкісного входу. Отже, минулі моделі поведінки теплозахисного екрану іноді перебільшували або недооцінювали ерозію теплозахисного екрану, що призводило до потенційно катастрофічних результатів. Експерименти на DIII-D продемонстрували, що гаряча плазма, створювана термоядерним реактором під час роботи, пропонує новий і потенційно поліпшений спосіб моделювання поведінки теплового екрану, особливо для входу на Венеру або газових гігантів. «Деякі області термоядерної плазми DIII-D дуже близькі до умов, створюваним, коли теплові екрани стикаються з атмосферою планети з екстремальної швидкістю», - сказав д-р Дмитро Орлов з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, який очолює групу. «Наш намір в цих експериментах полягало в тому, щоб використовувати як ці умови, так і багатий набір діагностичних інструментів DIII-D для розробки більш точної моделі поведінки теплового екрана». DIII-D - найбільша дослідна лабораторія магнітного синтезу в США, яка експлуатується GA в якості національного призначеного для користувача центру Управління науки Міністерства енергетики США. Серце об'єкта - токамак, який використовує потужні електромагніти для виробництва магнітної пляшки в формі пончика для утримання термоядерної плазми. У DIII-D температура плазми більш ніж в 10 разів вище, ніж на Сонці. Більшість експериментів, що проводяться в DIII-D, призначені для вивчення фізичних основ термоядерної енергії. Існуюча система на DIII-D, відома як Система оцінки матеріалів дивертора (DiMES), призначена для випробування матеріалів для майбутніх реакторів. DiMES може піддавати тестові зразки впливу різних умов плазми, а також запускати гранули тестового матеріалу через плазму. ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Вчені створили метод отримання водню з твердих відходів - тирси, шламу і старих покришок Доктор Орлов і доктор Єва Костадінова з Обернський університету, працюючи з групою вчених, студентів і аспірантів, змінили конфігурацію DiMES для вимірювання швидкості абляції вуглецевих зразків і уточнення моделей прогнозування поведінки теплозахисного екрану на основі вуглецю. «Токамак DIII-D має відносно довгі плазмові розряди з добре контрольованими стабільними умовами на краю, де тепловий потік і швидкість потоку аналогічні тим, які спостерігаються при вході в атмосферу», - сказала д-р Костадінова. «Це дозволило нам змоделювати деякі з найбільш екстремальних умов, з якими стикалися теплові екрани, такі як вхід зонда Galileo в атмосферу Юпітера, без необхідності запускати наші тестові зразки на високих швидкостях».
Оскільки DIII-D є одним з найбільш гнучких і добре оснащених токамаков в світі, команді вдалося зібрати ряд цінних даних про поведінку зразків. Використовуючи методи масштабування, вони екстраполювали результати на більші снаряди і більш тривалі експозиції, що дозволило порівняти з експериментальними даними з попередніх космічних польотів і інших наземних випробувальних об'єктів. Результати дають великі надії на розробку сучасних матеріалів теплозахисного екрану, необхідних для запланованих місій до Венери і супутників Юпітера. Схожі матеріали: | |
|
| Всього коментарів: 0 | |
|
СВІЖІ ПУБЛІКАЦІЇ
|
|
|